(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
根固め柱に貫入する鋼管杭であって、該鋼管杭の先端部外周に高さｔが６mm以上かつ鋼管杭径Ｄ1の10％以下、ピッチＰとの比率Ｐ／ｔが7.7〜33で巻き付き角度θが45°以下の螺旋状の突起を有し、前記鋼管杭と前記突起との接合強度が、前記根固め柱を形成するコンクリートの割裂強度τcに対してτc×ｐより大きいことを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
前記螺旋状の突起を１〜６段設けることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋼管杭と、地盤中の支持層あるいは支持層を含む区間に形成されるとともに前記鋼管杭の先端部の外周に設けられた螺旋状の突起が埋め込まれる根固め柱と、前記地盤中に掘削されて前記鋼管杭の前記先端部を除く部分に直接または固定化処理された土砂を介して接触する掘削孔とからなることを特徴とする鋼管杭の支持構造。
【請求項４】
前記根固め柱の高さＨを鋼管杭径Ｄ1の１〜５倍、径Ｄ2を前記鋼管杭径Ｄ1の1.2〜2.0倍とし、前記根固め柱内における前記鋼管杭の先端部の挿入長さＳを前記高さＨの0.6〜0.9倍とすることを特徴とする請求項３に記載の鋼管杭の支持構造。
【請求項５】
請求項１または２に記載の鋼管杭の中空部にオーガーを挿入し、該オーガーにより地盤を掘削するとともに前記鋼管杭を回転貫入させ、地盤中の支持層または支持層を含む根固め柱を構築する区間にオーガーヘッドが達した段階で前記オーガーヘッドの掘削径を前記根固め柱の径相当に拡大して前記根固め柱の高さ分だけ掘削するとともに前記オーガーヘッドより固化液を噴出し、前記根固め柱に前記鋼管杭を回転貫入させ該回転貫入が終了した後に、前記鋼管杭の先端部を前記根固め柱に残置して前記オーガーを引き抜き、前記固化液を固化させることを特徴とする鋼管杭の施工方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の鋼管杭を貫入するに先立って、オーガーにより地盤を掘削し、地盤中の支持層または支持層を含む根固め柱を構築する区間にオーガーヘッドが達した段階で前記オーガーヘッドの掘削径を前記根固め柱の径相当に拡大して前記根固め柱の高さ分だけ掘削するとともに前記オーガーヘッドより固化液を噴出し、次いで前記オーガーを引き抜いた後、前記鋼管杭を前記オーガーにより掘削した掘削孔および前記根固め柱に回転貫入させて前記鋼管杭の先端部を前記根固め柱に埋め込み、さらに前記固化液を固化させることを特徴とする鋼管杭の施工方法。
【請求項７】
前記根固め柱の高さＨを鋼管杭径Ｄ1の１〜５倍、径Ｄ2を前記鋼管杭径Ｄ1の1.2〜2.0倍とし、前記根固め柱内における前記鋼管杭の先端部の挿入長さＳを前記高さＨの0.6〜0.9倍とすることを特徴とする請求項５または６に記載の鋼管杭の施工方法。
【請求項８】
前記オーガーヘッドは拡翼機構を有し、前記オーガーヘッドを拡翼することにより前記根固め柱の掘削を行うことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の鋼管杭の施工方法。
【請求項９】
前記オーガーヘッドは前記固化液を噴射可能な高圧噴射機構を有し、前記オーガーヘッドより前記固化液を高圧噴射することにより前記根固め柱の掘削を行うことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の鋼管杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭と、それを地盤中に貫入した鋼管杭の支持構造と施工方法に関し、特に高い先端支持力を有し、かつ施工性が良好な鋼管杭およびその支持構造と施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の基礎等に用いる基礎杭の構造として、鋼管杭の先端部外周に取り付けた翼の木ネジとしての作用により、鋼管杭を埋設する施工方法が特許文献１に提案されている。この基礎杭の施工方法は、中掘回転貫入方式と一般に称されている。
この基礎杭の施工方法は、図12に示すように、ダブルオーガー回転モーター32により、杭体10とオーガーヘッド22とを互いに反対方向に回転させつつ、地盤中に貫入させる施工方法であり、その際、杭体10の回転貫入中に支持層または支持層を含む所望の区間にオーガーヘッド22から硬化性流動物23（セメントミルク等の固化材液）を噴出し、翼10Aとオーガーヘッド22の回転により土砂と硬化性流動物23を撹拌混合し、その後、所定の深さまで撹拌混合が終了したとき、杭を残置してオーガー20を引き抜き、時間の経過に伴い軟化した土砂を固化させる方法である。
【０００３】
なお、図12において、41はホースであり、ホース41はオーガー20内に設けられた貫通孔21に連通している。70は土砂と硬化性流動物23（セメントミルク等の固化材液）との混合物であり、固化した根固め柱と杭体10とを一体化させるようにしている。
しかしながら、基礎杭として必要な先端支持力を得るため、杭径の1.5〜２倍程度の径を有する翼を杭先端部外周に取り付けた鋼管杭は、図13に示す大がかりな翼10Aを杭体10に取り付ける加工費が高くなり、基礎杭のコスト上昇が避けられないという欠点がある。また、大きな面積を有する翼10Aを杭先端部外周に取り付けた鋼管杭は、翼10Aと杭体10との接合部に応力集中が発生することになるため、基礎杭の支持構造として構造上の弱点部となりやすい。
【０００４】
また、大きな面積を有する翼10Aを杭先端部外周に取り付けた鋼管杭は、杭体10の先端部に設けた翼10Aの木ネジ作用により地盤中に回転貫入させる際、特に硬質な地盤の場合、貫入抵抗が大きく施工性が劣るという問題がある。
また、基礎杭としては、高さが20mm以下の螺旋状の突起を杭外周に周設した鋼管杭が特許文献２に記載されている。
【０００５】
この鋼管杭を用い、ドリル回転貫入方式により貫入し、基礎杭とした場合、杭径が600mm以下の場合には、回転貫入させる際に、杭先端に生じる土の閉塞蓋により、先端支持力が発現されるが、閉塞蓋の断面積と杭の閉塞面積とが同じであり、杭先端部における先端支持力が不足するという問題がある一方、杭径が600mmを超えた場合には、先端閉塞効果が低下して、先端支持力が不足するという問題があった。
【０００６】
またさらに、構造物の基礎等に用いる基礎杭の構造として、杭先端の支持力をさらに向上させれば、地盤面積当たりに埋設する杭数を少なくできる効果が期待できるので、杭先端支持力をさらに向上させたいという強い要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2000-144728 号公報
【特許文献２】特許第2512503 号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、さほど大きな翼を設けなくても、高い先端支持力が得られる鋼管杭およびその支持構造を提供するとともに、この支持構造を容易に施工できる鋼管杭の施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討を重ねて、先端部外周に高さが６mm以上かつ鋼管杭径Ｄ1の10％以下、ピッチＰとの比率Ｐ／ｔが7.7〜33で巻き付き角度θが45°以下の突起を設けた鋼管杭を用いることにより上記課題を解決できるとの知見に基づいて、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
【００１０】
１．  根固め柱に貫入する鋼管杭であって、該鋼管杭の先端部外周に高さｔが６mm以上かつ鋼管杭径Ｄ1の10％以下、ピッチＰとの比率Ｐ／ｔが7.7〜33で巻き付き角度θが45°以下の螺旋状の突起を有し、前記鋼管杭と前記突起との接合強度が、前記根固め柱を形成するコンクリートの割裂強度τcに対してτc×ｐより大きいことを特徴とする鋼管杭。
２．  前記螺旋状の突起を１〜６段設けることを特徴とする上記１に記載の鋼管杭。
３．  上記の１または２に記載の鋼管杭と、地盤中の支持層あるいは支持層を含む区間に形成されるとともに前記鋼管杭の先端部の外周に設けられた螺旋状の突起が埋め込まれる根固め柱と、前記地盤中に掘削されて前記鋼管杭の前記先端部を除く部分に直接または固定化処理された土砂を介して接触する掘削孔とからなることを特徴とする鋼管杭の支持構造。
【００１１】
４．  前記根固め柱の高さＨを鋼管杭径Ｄ1の１〜５倍、径Ｄ2を前記鋼管杭径Ｄ1の1.2〜2.0倍とし、前記根固め柱内における前記鋼管杭の先端部の挿入長さＳを前記高さＨの0.6〜0.9倍とすることを特徴とする上記３に記載の鋼管杭の支持構造。
５．  上記の１または２に記載の鋼管杭の中空部にオーガーを挿入し、該オーガーにより地盤を掘削するとともに前記鋼管杭を回転貫入させ、地盤中の支持層または支持層を含む根固め柱を構築する区間にオーガーヘッドが達した段階で前記オーガーヘッドの掘削径を前記根固め柱の径相当に拡大して前記根固め柱の高さ分だけ掘削するとともに前記オーガーヘッドより固化液を噴出し、前記根固め柱に前記鋼管杭を回転貫入させ該回転貫入が終了した後に、前記鋼管杭の先端部を前記根固め柱に残置して前記オーガーを引き抜き、前記固化液を固化させることを特徴とする鋼管杭の施工方法。
【００１２】
６．  上記の１または２に記載の鋼管杭を貫入するに先立って、オーガーにより地盤を掘削し、地盤中の支持層または支持層を含む根固め柱を構築する区間にオーガーヘッドが達した段階で前記オーガーヘッドの掘削径を前記根固め柱の径相当に拡大して前記根固め柱の高さ分だけ掘削するとともに前記オーガーヘッドより固化液を噴出し、次いで前記オーガーを引き抜いた後、前記鋼管杭を前記オーガーにより掘削した掘削孔および前記根固め柱に回転貫入させて前記鋼管杭の先端部を前記根固め柱に埋め込み、さらに前記固化液を固化させることを特徴とする鋼管杭の施工方法。
【００１３】
７．  前記根固め柱の高さＨを鋼管杭径Ｄ1の１〜５倍、径Ｄ2を前記鋼管杭径Ｄ1の1.2〜2.0倍とし、前記根固め柱内における前記鋼管杭の先端部の挿入長さＳを前記高さＨの0.6〜0.9倍とすることを特徴とする上記５または６に記載の鋼管杭の施工方法。
８．  前記オーガーヘッドは拡翼機構を有し、前記オーガーヘッドを拡翼することにより前記根固め柱の掘削を行うことを特徴とする上記５〜７のいずれか一項に記載の鋼管杭の施工方法。
【００１４】
９．  前記オーガーヘッドは前記固化液を噴射可能な高圧噴射機構を有し、前記オーガーヘッドより前記固化液を高圧噴射することにより前記根固め柱の掘削を行うことを特徴とする上記５〜７のいずれか一項に記載の鋼管杭の施工方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の鋼管杭の支持構造によれば、先端部に突起を設けた鋼管杭と根固め柱とが一体化され、高い先端支持力が得られる。また、本発明の鋼管杭の施工方法によれば、良好な施工性を確保したまま、高い先端支持力を有する鋼管杭の施工が可能となる。さらに、周辺地盤との周辺摩擦力を十分確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は本発明の鋼管杭の構造を示す縦断面模式図であり、（ｂ）は図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】本発明に用いる鋼管杭の要部断面図であり、（ａ）と（ｂ）と（ｃ）と（ｄ）とは突起部材が異なる。
【図３】根固め柱に対する力の伝播を示す模式図であり、（ａ）は鋼管杭先端に突起がある場合（本発明）を、（ｂ）は鋼管杭先端に突起がない場合を示す。
【図４】根固め柱に対する力の伝播を示す模式図である。
【図５】根固め柱に対する力の伝播を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る基礎杭の施工方法を示す説明図である。
【図７】本発明の施工方法に用いるオーガーを示す要部断面図であり、（ａ）と（ｂ）とはオーガーの撹拌部材の形状が異なる。
【図８】ダブルオーガー回転モーターを示す概略断面図である。
【図９】杭とオーガーをそれぞれ回転させる回転モーターを示す概略断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る基礎杭の施工方法を示す説明図である。
【図１１】本発明に用いる他のオーガー例を示す説明図である。
【図１２】従来の基礎杭の施工方法を示す説明図であり、（ａ）は貫入初期の状態、（ｂ）は杭体先端が支持層内の所望深さに到達した状態、（ｃ）はオーガーを引き上げた状態である。
【図１３】従来の鋼管杭の先端部に取り付けられた翼の形状を示す斜視図である。
【図１４】本発明の基礎杭の効果を示すグラフである。
【図１５】本発明の基礎杭における先端支持効果を説明する要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
先ず、本発明の基礎杭の構造について図を用いて詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の基礎杭の構造を示す縦断面模式図であり、図１（ｂ）は図１のＸ−Ｘ断面図である。
図１中、符号１は鋼管杭（以下、単に杭ともいう）、11Aは鋼管杭１の先端部外周に設けた突起である。２は根固め柱であり、この場合、根固め柱２は支持層内に形成されていると共に、根固め柱２には、鋼管杭１の先端部が挿入され、根固め柱２と鋼管杭１の先端部とが一体化されている。図中３は地盤、3Aは支持層上端、3Bは地表面である。また、Ｄ1は杭径、Ｄ2は根固め柱の径であり、Ｓは根固め柱内における杭先端部挿入長さ、Ｈは根固め柱の高さである。Ｄtは、突起を含めた杭先端部の径、すなわち、突起高さをｔとするとＤt＝Ｄ1＋２×ｔ（図２参照）である。
【００１８】
また、図２は、本発明に用いる鋼管杭の要部断面図であり、図２において、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では突起部材が異なる。すなわち、11A、11B、11Cはそれぞれ丸棒、角棒、三角棒であり、これらの突起部材を螺旋状に鋼管杭１の先端部外周に巻き付かせ、固着してある。また、図２（ｄ）は、丸棒11Dを環状に先端部外周に巻き付かせ、固着した鋼管杭１を示した。θは突起部材の巻き付き方向と杭周方向となす突起巻き付き角度であり、Ｌは突起を設けた杭先端からの長さである。なお、鋼管内面には、一般の中掘り根固め杭と同様に、先端閉塞を保持するためのずれ止めが取り付けられる。
【００１９】
本発明では、先端部外周に高さが６mm以上の突起を設けた鋼管杭１を用い、該鋼管杭１の先端部が根固め柱内に挿入され、一体化されている基礎杭の支持構造としたことが特徴である。
以下、鋼管杭１の先端部外周に設けた高さが６mm以上の突起の総称を11とする。なお、後述する施工上の観点から本発明に用いる鋼管杭１に設ける突起11の高さｔは、杭径Ｄ1の10％以下とすることが好ましい。また、本発明では突起11を形成する部材は特に限定されず、板材等とすることができる。但し、板材に比較して、丸棒あるいは角棒の方が螺旋状または環状に加工することが容易であり、さらに鋼管杭への取り付けも容易であるため、加工コストが比較的安価になるという利点を有する。また、本発明では突起11を鋼管杭周方向に断続的（船舶等のスクリュウのように）に設けることもできるが、施工時、杭を地盤中に回転貫入させることを考慮すると、突起は螺旋状に取り付けられていることが好ましい。鋼管杭１の先端部外周に上記突起11を固着するには、溶接による他、圧延もしくは鋳込みにより鋼管杭と突起とを一体形成することもできる。このようにして固着した鋼管杭１と突起11との接合部強度は、突起11間にある根固め柱が圧縮により破壊する破壊強度（すなわち、根固め柱を形成するコンクリートの強度である圧縮強度をσc、あるいは割裂強度をτcとした場合のτc×ｐ：図15（ｂ）参照  ）より大きくするのが、突起を設けたことによる先端支持力向上効果を確実にするうえで望ましい。
【００２０】
本発明では、上述したように、鋼管杭１の先端部外周に設けた突起11の高さが６mm以上でかつ根固め柱２は突起11の高さを含めた鋼管杭の径Ｄtよりも大きな径Ｄ2を有し、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、杭先端部が根固め柱２へ挿入され、杭先端部が根固め柱から抜けないように根固め柱２と鋼管杭１先端部とが一体化されている支持構造を有しているので、高い先端支持力を得ることができる。
【００２１】
本発明の支持構造により高い先端支持力が得られる原理は、次のように説明できる。本発明では、杭先端部外周に突起11が設けてあるので、図３（ａ）に示すように、杭に対して作用する下向きの力Ｆが突起11により根固め柱２の多数の箇所に分散して伝わり、さらに、根固め柱２の径方向にも力が伝播（図３（ａ）中の破線矢印）するので、根固め柱２の割れが生じにくくなる一方、図３（ｂ）に示すように、鋼管杭１の先端部に突起がない場合には、杭の下端にのみ力が伝播（図３（ｂ）中の破線矢印）し、杭の下端に応力集中が発生するので、上記と同じ力Ｆに対し割れが生じやすい。
【００２２】
このように、本発明では、杭に作用する下向きの力が根固め柱に完全に埋め込まれた突起11により分散されるので、突起11の高さをさほど高くしなくても杭先端部に大きな支持力が発現するのである。その際、杭先端部外周面に設けた突起11が小さすぎると、突起の凹部に土砂が付着したり、回転貫入時における地盤との摩擦による突起凸部の摩耗や突起凸部の腐食により、突起高さが低くなった場合に杭と根固め柱との一体化効果や根固め柱への力の分散効果が低くなる恐れがある。このため、突起の高さｔを６mm以上としてある。
【００２３】
また、杭先端から地盤への力の分散効果は、突起の形状にもよるが、一般に図４に示すように杭軸方向に対してβの角度で広がり、βの値としては45°程度以下（β≦45°）である。このため、突起を含めた杭径Ｄt 、根固め柱の径Ｄ2とは次式を満足することが好ましい。
Ｄt＋２・ｈ・tan β≦Ｄ2
ここで、ｈは根固め柱に埋め込まれた最上段の突起から根固め柱底面までの長さである。なお、鋼管杭１に作用する下向きの力Ｆを、根固め柱２内で効率良く径方向に伝播させるためには、図２（ａ）と（ｄ）に示す突起11が丸棒11Aにより構成されている場合や、図２（ｃ）に示す突起11が三角棒11Cにより構成されている場合にように、突起11が下方向外向きになるように傾斜して面を有することが好ましい。さらに、図５に示すように、突起11の高さを根固め柱11の上部にいくほど高くなるようにすると、効果的に根固め柱２に力を分散させることができる。
【００２４】
また、本発明において、回転貫入により鋼管杭を地盤中の支持層または支持層を含む区間に貫入する際には、杭先端に木ネジとしての機能により鋼管杭に推進力が発生するようにして施工性を確保できるよう、突起は螺旋状であることが好ましい。さらに、突起が螺旋状であると、回転貫入時に杭先端付近の土が杭周面上側へと運ばれるため、杭周辺地盤が締め固められ、周面摩擦支持力が向上するという効果もある。この際、突起の高さが６mm以上あると回転貫入時の推進力が高くなり、杭の貫入性が向上する。
【００２５】
また、突起を杭に対して螺旋状に巻き付けて取り付ける場合には、図２に示す突起巻き付き角度θを45゜以下とすることが好ましい。これは、突起巻き付き角度θが大きすぎると、杭に対して作用する下向きの力が効率よく突起から根固め柱に伝えられなくなるためである。突起は、平板状の翼のように広い面積を有するもの、すなわち、Ｄ1に対する突起の高さｔが大きい場合には、杭の回転貫入時の貫入抵抗が大きくなり、施工性を悪化させる。したがって、杭の貫入時の施工性を考慮すると、突起の高さはある程度小さいことが好ましく、杭径Ｄ1の10％以下であることが好ましい。突起は、螺旋状または環状に１巻あれば突起がない場合に比較して支持力が向上する。前述の杭に作用する力を分散させる効果を十分に得るため、螺旋状または環状に複数巻とすることが好ましい。突起を複数巻とした場合は、全ての突起が根固め柱に覆われるように、杭の軸方向に突起間隔を設けるとよい。
【００２６】
ところで、図１（ａ）では、根固め柱２の高さ方向全区間が地盤３の支持層内に位置していると示してあるが、地盤３によっては、根固め柱２の高さ方向区間の一部、もしくは根固め柱の高さ方向区間の途中から下方を支持層内に位置させるようにすることもできる。
ここで、上記の根固め柱２の大きさは、根固め柱２の高さＨを鋼管杭１の杭径Ｄ1寸法の１倍以上、５倍以下とすることが好ましい。この理由は、根固め柱２の高さＨを鋼管杭１の杭径Ｄ1寸法の１倍未満とした場合、根固め柱２内における杭先端部挿入長さＳが短くなってしまい、先端支持力が不十分となり、一方、根固め柱２の高さＨを鋼管杭１の杭径Ｄ1寸法の５倍を超えるようにした場合、根固め柱構築のための施工コストが増大してしまう。このため、根固め柱２の高さＨを上記の範囲とし、根固め柱２内における杭先端部挿入長さＳを適切にすることができ、根固め柱２と鋼管杭１先端部との間に十分な固着力を与えることができるようにした。その際、根固め柱２内における杭先端部挿入長さＳを根固め柱２の高さＨの0.6〜0.9倍とすることが、限定された根固め柱２の高さの範囲内で先端支持力を効果的に高くすることができるのでより好ましい。
【００２７】
また、根固め柱２の径Ｄ2が鋼管杭１の杭径Ｄ1の1.2倍以上、2.0倍以下とすることが好ましい。このように限定する理由は次のとおりである。根固め柱２の径Ｄ2が2.0倍を超えるようになると、後述するオーガーヘッドおよび施工機械が大がかりなものとなる。一方、根固め柱２の径Ｄ2が鋼管杭１の杭径Ｄ1の1.2倍未満であると、必要な先端支持力向上効果が得られない不都合が発生する場合がある。このため、根固め柱２の径Ｄ2を鋼管杭１の杭径Ｄ1の1.2〜2.0倍とすることが好ましい。
【００２８】
なお、本発明の基礎杭の支持構造においては、杭径Ｄ1が100〜2000mmの鋼管杭に特に好適である。以上説明した本発明の基礎杭の支持構造において、図１（ａ）では、根固め柱２に固着されている鋼管杭１の先端部を除く部分は、周辺の地盤と直接接触しているとして示したが、本発明の基礎杭の支持構造では、鋼管杭１の先端部を除く部分がセメントミルク等の固化液を用いて固定化処理した土砂を介して周辺の地盤と接触するようにしてもよい。
【００２９】
次に、上述した基礎杭の支持構造を得る本発明の基礎杭の施工方法について説明する。
先ず、図１（ａ）、図１（ｂ）に示した基礎杭の構造を得る施工方法の第１の実施形態を、図６〜図８を用いて説明する。
図６は、本発明の基礎杭の施工過程を示す縦断面模式図であり、図７は本発明の施工方法に用いるオーガーを示す要部断面図である。図７（ａ）はスクリュー5Aを撹拌部材としたオーガー５であり、図７（ｂ）はロッド5Bを撹拌部材としたオーガー５である。また、図８は杭１とオーガー５を回転させるダブルオーガー回転モーター32を示す概略断面図である。図６、図７において、６はオーガーヘッド、51は貫通孔であり、図８で33は外軸、34は内軸、41はオーガー５内に設けた貫通孔51に連通させてあるホースである。
【００３０】
本実施形態では、例えば図８に示すように、ダブルオーガー回転モーター32に鋼管杭１とオーガー５を連結して、鋼管杭１の先端に配置された拡翼可能なオーガーヘッド６を回転させると共に、鋼管杭１をオーガー５の回転と反対方向に回転させて、オーガーヘッド６と共に、地盤３の表面3Bから地盤３中に鋼管杭１を順次貫入させる。その際、先端部外周に高さが６mm以上の螺旋状の突起が設けられた鋼管杭１を用い、この突起による木ネジの作用と、オーガー５による地盤の掘削軟化作用により、杭の回転貫入時の施工性を確保できる。そして、図６（ｂ）に示すように、オーガーヘッド６が根固め柱を構築する支持層または支持層より上方の所定位置まで達した段階でオーガーヘッド６を拡翼し、オーガーヘッド６からセメントミルク等の固化材液を噴出し、セメントミルク等の固化液と土砂とを撹拌混合して、根固め柱を構築する。
【００３１】
拡翼後のオーガーヘッド６による掘削径は、突起を含めた鋼管杭１の径Ｄtよりも大きく、構築する根固め柱の径Ｄ2相当とする。また、拡翼後のオーガーヘッド６による掘削長さは、構築する根固め柱の高さＨ相当とする。このようにして、構築する根固め柱の区間の回転貫入が終了した後、鋼管杭１の先端部を拡大して掘削した区間に残置してオーガー５を引き抜き、時間の経過に伴い固化液を固化させて根固め柱２を構築する。
【００３２】
このようにして施工することにより、図１（ａ）、図１（ｂ）に示したような基礎杭の支持構造を得ることができる。
この際、構築する根固め柱２の高さＨを鋼管杭の杭径Ｄ1寸法の１倍以上、５倍以下とするのが好ましく、またさらに、根固め柱内における杭先端部挿入長さＳを根固め柱の高さＨの0.6〜0.9倍とすることがより好ましい。これらの理由は上述したので省略する。
【００３３】
また、構築する根固め柱２の径Ｄ2を杭径Ｄ1の２倍を超えるようにした場合、オーガーヘッド６を拡翼後の掘削径があまりに大きくなって、オーガーヘッドおよび施工機械を大がかりなものとする必要が生じてくるため、杭径Ｄ1の２倍以下とすることが好ましく、一方、根固め柱の径Ｄ2を鋼管杭の杭径Ｄ1の1.2未満とした場合、必要な先端支持力向上効果が得られない不都合が発生する場合があるので、根固め柱の径Ｄ2を鋼管杭の杭径Ｄ1の1.2倍以上とするのが好ましい。
【００３４】
ここで、鋼管杭１とオーガー５を回転させるには、ダブルオーガー回転モーター32を用いずに、図９に示すように、杭回転モーター35とオーガー回転モーター36を用いるようにしてもよい。また、オーガーと鋼管杭との回転方向は、同方向とすることもできる。さらに、上記の例では、オーガーヘッド６を拡翼機構を有するものを用いたが、本発明に用いるオーガーヘッドはこれに限定されず、例えば、図11に示すように、オーガーヘッド６は固化液を噴射可能な高圧噴射機構を有し、オーガーヘッド６より前記固化液を高圧噴射することにより構築する根固め柱の区間の掘削を行うようにしてもよい。
【００３５】
以上説明した本発明の第１の実施の形態に係る基礎杭の施工方法では、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で説明したような螺旋状の突起を先端部外周に設けた鋼管杭１を用い、オーガーヘッド６が根固め柱を構築しようとする区間の上端に達するまでは、オーガーヘッド６による掘削径を拡大することなく掘削し、さらに鋼管杭１を回転貫入するようにするので、施工時の回転トルクを小さくできて、施工性を良好にすることができると共に、杭周辺の地盤を大きく乱すことがないので、施工後の杭と周辺地盤との間の周面摩擦力および水平地盤反力を十分な大きさとすることができるうえに、突起を設けた先端部を根固めして、根固め部に固着させるために、高い先端支持力が得られる。また、本発明の第１の実施形態に係る基礎杭の施工方法は、軟弱地盤の大深度施工に向いている。
【００３６】
次いで、第２の実施形態に係る基礎杭の施工方法について、図10（ａ）〜図10（ｃ）を用いて説明する。第２の実施形態の施工方法によれば、図10（ｃ）に示すような基礎杭の支持構造を得ることができる。
第２の実施形態の施工方法は、オーガーを鋼管杭の中空部に挿入して掘削を開始するのではなく、オーガーのみを地盤中に回転貫入させて、予め杭穴を掘削する。
【００３７】
オーガー５としては、オーガーヘッド６が拡翼機構を有するものを用い、拡翼した時の掘削径は、突起を含めた鋼管杭１の径Ｄtよりも大きく、構築する根固め柱の径Ｄ2相当とする。また、拡翼後のオーガーヘッド６による掘削長さは、構築する根固め柱の高さＨ相当とする。なお、オーガーヘッド６が構築する根固め柱の区間の上端に到達するまでの間は、オーガーヘッド６を拡翼せずに掘削を行い、構築する根固め柱の区間の上端に到達した時点で、図10（ｂ）に示すように、オーガーヘッド６を拡翼して掘削を行う。さらに、この区間を掘削する際には、セメントミルク等の固化材液を噴出し続け、セメントミルク等の固化液と土砂とを撹拌混合して、根固め柱７を構築する。根固め柱の支持力を向上させる目的で、固化液に砂、砂礫等を混入させてもよい。そして、オーガーヘッド６が、構築する根固め部２の下端に到達したときに、オーガーの回転貫入を終了させて、オーガー５を引き抜く。構築する根固め部２の大きさは、上述した第１の実施形態と同様な寸法とするのが好ましい。
【００３８】
次いで、根固め柱７が固化する前に、図２で説明した先端部外周に高さが６mm以上の突起を設けた鋼管杭１を貫入させ、鋼管杭１の先端部を拡大して掘削した区間の根固め柱７に挿入し、時間の経過に伴い軟化した土砂を固化させ、杭先端部と根固め柱２とを一体化させる。
なお、第２の実施形態に係る基礎杭の施工方法では、オーガーにより掘削した杭穴に鋼管杭を貫入することとなるため、必ずしも螺旋状の突起を設けた鋼管杭を回転貫入する必要はなく、図２（ｄ）に示すような環状突起の設けた鋼管杭を用いてもよい。また、杭と周辺地盤との間の周面摩擦力および水平地盤反力を得るために、根固め柱を構築しようとする区間にオーガーヘッドが到達する前からソイルセメント等の固化液を注入するようにしてもよい。また、オーガーヘッドとして、図11に示すセメントミルク等の固化液の高圧噴射機構を有するものを用いてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
このような本発明の第２の実施形態に係る基礎杭の施工方法は、予め杭穴を掘削して根固め柱７を構築してから、根固め柱７が固化する前に、鋼管杭１を貫入するので、鋼管杭１を貫入する際の施工性がよくなる。この予め杭穴を掘削する施工方法は、一般に30ｍより浅い、比較的硬質な地盤に向いている。
【実施例】
【００４０】
上述した本発明に係る基礎杭の支持構造の効果を確認するため、先端部外周に高さが６mm以上の突起を設けた鋼管杭を用い、該鋼管杭の先端部の周囲に枠体を形成し、この枠体内にセメントミルクに砂、砂礫等を混入させたコンクリートを注入し、杭先端部と根固め柱とが一体化されている試験体を作製し、室内で載荷試験を行った。その際、表１に示すように、先端部外周に高さが６mm以上の突起を設けた鋼管杭を用い、発明例（試験体２〜１１）とした。この場合、鋼管杭１の先端部外周に直径の異なる丸棒を螺旋状に巻き付かせ、溶接により突起と鋼管杭とを接合した。突起の巻き付き段数は、１〜６段とした。
【００４１】
また、先端部外周に突起を設けていない鋼管杭を用い、比較例（試験体１）とした。
なお、載荷試験は、根固め柱側を下として剛性の高い床上に載置し、鋼管杭と根固め柱と間で破壊が発生するまで、鋼管杭の上部に載荷する荷重（図３と同じ方向に力Ｆを作用させた）を徐々に増大させて行い、鋼管杭と根固め柱と間で破壊が発生したときの最大先端支持荷重を求めた。
【００４２】
載荷試験により得られた最大先端支持荷重を表１および図14に示す。
【００４３】
【表１】
0005499335.tif 000002
【００４４】
表１および図14に示す結果から、発明例（試験体２〜１１）の場合には、比較例（試験体１）の場合より高い先端支持力を有することがわかる。
なお、発明例（試験体２〜１１）の場合、杭先端部外周に突起が設けてあるので、図３（ａ）で説明したようにして、杭１に対して作用する下向きの力Ｆが突起11により根固め柱２の多数の箇所に分散して伝わり、さらに、根固め柱２の径方向にも力が伝播し、その結果、根固め柱２内において、角度αが25〜50°である破断面（図15（ａ）中の破線）が生じた。一方、比較例（試験体１）の場合、鋼管杭１の先端部外周に突起が設けてないので、図３（ｂ）に示すように、杭の下端にのみ力が伝播し、杭の下端に応力集中が発生し、上記発明例（試験体２〜１１）の場合より低い先端支持荷重で割れが生じた。
【００４５】
また、発明例（試験体２〜１１）の場合において、図15（ａ）に示すｂの長さを調べた結果、ｂ／ｔ＝２〜５（ｔは突起高さ）であった。発明例（試験体２〜１１）の場合、突起間の間隔ｐ（ピッチｐ）を突起高さｔの５倍以上（表１ではｐ／ｔ＝7.7 〜33）としたので、図15（ａ）に模式的に示した角度αが25〜50°である破断面が発生したものと考えられる。
【００４６】
また、根固め柱の強度（根固め柱を形成するコンクリート強度）を測定したところ、圧縮強度σcが25Ｎ/mm2、割裂強度τcが2.5 Ｎ/mm2で、σc/τc ＝10であった。突起下のコンクリート圧縮耐力はｔ×σc、突起間のコンクリートせん断耐力はｐ×τc（図15（ｂ）参照）で表されることより、この両者の耐力バランスが突起による先端支持力向上に寄与していると考えると、ｋ×（ｔ×σc）＝ｐ×τcの関係式において、比例定数ｋ≒0.77〜3.3とすると発明例の場合におけるｐ／ｔ＝7.7〜33にほぼ一致する結果となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
良好な施工性を確保したまま、高い先端支持力を有する基礎杭の施工が可能となるので、産業上格段の効果を奏する。
【符号の説明】
【００４８】
１  鋼管杭（杭）
11、11A 、11B 、11C 、11D   突起
12  管内ずれ止め
ｔ  突起高さ
Ｌ  突起を設けた杭先端からの長さ
２  根固め柱
３  地盤
3A  支持層上端
3B  地面
Ｄ1   杭径
Ｄt   突起を含めた杭先端部の径
Ｄ2   根固め柱の径
Ｓ  根固め柱内における杭先端部挿入長さ
Ｈ  根固め柱の高さ
θ  突起巻き付き角度
５  オーガー
51  貫通孔
5A、5B  撹拌部材
６  オーガーヘッド
７  土砂と固化材液との混合物
32  ダブルオーガー回転モーター
33  外軸
34  内軸
35  杭回転モーター
36  オーガー回転モーター 
【図１】
0005499335.tif 000003
【図２】
0005499335.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005499335.tif 000008
【図７】
0005499335.tif 000009
【図８】
0005499335.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0005499335.tif 000012
【図１１】
0005499335.tif 000013
【図１２】
0005499335.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
0005499335.tif 000016
【図１５】
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